Національний університет «Львівська політехніка»
Інститут комп’ютерних технологій, автоматики та метрології
Кафедра Фізики
Звіт
Лабораторна робота № 8
«Визначення електрорушійної сили джерела струму методом компенсації»
Мета роботи
Вивчення компенсаційного методу та визначення електрорушійної сили джерела струму.
Прилади та обладнання
Джерела струму з відомою електрорушійною силою , ; джерела стуму з невідомою електрорушійною силою та ; гальванометр; змінний опір реохорд; магазин опорів , провідники, вимикачі.
Короткі теоретичні відомості
Електрорушійна сила джерела струму дорівнює різниці потенціалів на розімкнутих затискачах джерела струму ( коли струм у колі дорівнює нулю). Якщо для вимірювання ЕРС до джерела під'єднати вольтметр, то в отриманому замкненому колі потече струм і виміряна вольтметром напруга на затискачах джерела , відрізняється від ЕРС джерела на величину спаду напруги на внутрішньому опорі r.
ЕРС можна визначити точніше шляхом її порівняння з відомою, еталонною ЕРС так званого „нормального” елемента. Для такого порівняння використовується компенсаційна схема ( див. Рис. 3.9 ).
/
Батарея з ЕРС замикається на зовнішній опір . Нормальний елемент з і джерело струму, ЕРС якого необхідно визначити по черзі вмикають в схему так, що в точці А з'єднуються однойменні полюси та ( або ). Використовуючи правила Кірхгофа, проаналізуємо умови, при яких сила струму на ділянці , що містить ( або ) і гальванометр Г, дорівнює нулю. За першим правилом Кірхгофа у точці А
. (3.34)
Для контурів АВА і АВА за другим правилом Кірхгофа
;
, (3.35)
де ,- внутрішні опори, відповідно і нормального елемента; - опір гальванометра.
Повертаючи ручку реохорда, тобто змінюючи одночасно опори і ( довжини плечей реохорда ), можемо досягти того, що струм . Тоді з (3.33) випливає, що і система рівнянь (3.34) матиме вигляд:
,
де .
Звідси
; .
Оскільки ,
. (3.36)
Струм , коли протилежні за знаком, але рівні за величиною спади напруг, створені джерелами та на даній ділянці, зрівноважують (компенсують ) один одного.
Якщо замість елемента з увімкнути в схему джерело з невідомою ЕРС , то умови можна досягти при іншому значенні опору . При цьому повний опір залишається незмінним. Здійснивши заміну в правій частині виразу (3.35), отримаємо.
. (3.37)
Прирівнявши праві частини виразів (3.36) та (3.37), дістанемо:
. (3.38)
Таким чином порівняння двох ЕРС зводиться до порівняння двох опорів та .
Описаний метод компенсації в застосуванні до визначення ЕРС має ряд переваг:
сила струму через джерела, ЕРС яких порівнюються, в момент вимірювання дорівнює нулю, тому спад напруги на внутрішньому опорі джерела відсутній;
при вимірюваннях непотрібно градуювати шкалу гальванометра, оскільки він фіксує лише відсутність струму;
ЕРС допоміжної батареї не використовується при обчисленні кінцевого результату за формулою (3.38). Проте необхідно, щоб під час проведення вимірювань вона залишалася постійною.
Послідовність виконання роботи
Скласти схему згідно з рисунком 3.9, вмикаючи в коло нормальний елемент з В і допоміжне джерело з = 24 В.
Поворотом ручки реохорда досягти такого значення , при якому струм, що протікає через гальванометр, відсутній ( пропорційний довжині плеча реохорда, тобто кількості поділок реохорда від „0” шкали до поділки, на яку вказує стрілка вказівника ). Записати .
Замінити нормальний елемент джерелом з невідомою ЕРС .
Поворотом ручки реохорда знову досягти умови . Записати .
Визначити невідому ЕРС , використовуючи співвідношення (3.37), підставивши в нього В.
Увімкнути в коло джерело з невідомою ЕРС і записати значення , при якому . Обчислити за формулою (3.37) .
Змінивши значення опору , повторити попередні вимірювання й обчислення і .
Знайти середні значення та , і оцінити точність виконаних вимірювань, визначивши абсолютну та відносну похибки ...
